[01668102]浅部煤层含水层下开采条件分类及技术应用研究

国内许多矿井随着开采强度的增大，可供开采的资源日渐枯竭，生产重心随之转向浅部区域煤层的开采，主要包括因设计缺陷或水文地质情况不清而留设的不合理的、过大的保护煤柱。但开采浅部区域煤层，存在着很大的安全问题。因此，如何科学开采浅部区域的煤层，是一个事关矿井可持续发展的、亟待解决的安全技术问题。该项目深入分析了国内外研究现状，并基于百善煤矿地质条件，采用理论分析、物理模拟、数值计算等方法和手段，对浅部含水层下开采煤层覆岩移动规律和裂隙分布特征进行了综合研究，解决了浅部含水层下开采的关键性问题，分析了浅部煤层防水开采的安全性和保水开采的可行性以及安全开采的基本条件，初步形成了一套浅部煤层含水层下开采技术，并对浅部煤层含水层下开采的适用条件进行了细致分类，研发了各分类相应的开采技术工艺与参数，并将其成功应用于工程实践。主要研究成果如下：(1)初步形成浅部煤层含水层下开采的分类体系。采用“多因素综合指标分析方法”，选取导水裂隙带高度作为综合指标，以覆岩综合强度、岩体完整性指数、工作面采动影响指数作为综合分类指标的相关因素，把百善矿区浅部煤层含水层下开采条件划分为三个类别(安全开采、壁式上限开采、柱式上限开采)、四个区域(安全防水开采区、上限开采容易区、上限开采中等区、上限开采困难区)。(2)初步形成一套以“合理开采、有效支护、局部加固”为核心的浅部煤层含水层下开采技术体系。依据不同条件灵活运用壁式和柱式系统、机采和炮采工艺，并提出了柱式连采工作面的新型布置模式，及边角区域悬移支架炮采工艺。确定出长壁工作面开采高度不高于3.5m，支架支护力为5000-8000Kn；柱式工作面不高于3.0m，支架支护力为260-4500Kn。依据顶板和隔水层局部薄弱区域的不同条件，提出了远近程注浆、锚杆加固、锚梁加固、锚杆桁架加固等联合支护技术。(3)百善煤矿浅部煤层含水层下开采工程实践表明，依据“浅部煤层含水层下开采的分类体系和技术体系”的标准进行开采，基本能够实现安全生产；否则会导致压力增大、压架、水量增大等不利于安全生产的后果。该课题研究成果显著提高矿井煤炭回收率，研究区域多回收煤量约23万t，产生的直接经济效益约1.6 亿元；全井田将多回收煤量约为15亿t。同时，丰富了中厚煤层开采方法，为相似条件煤层的浅部煤层含水层下开采提供指导，具有广泛的推广应用前景。